KR20170033725A - 도전성 복합 재료 및 그 제조 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 가네카
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Abstract

본 발명은 도전성 복합 재료와, 이를 이용한 전극 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 전기 전도도가 높고 전극 전체에 걸쳐서 저항값이 균일하며, 높은 기계적 유연성을 가지면서, 미세화에도 유리해서, 디스플레이 등 전자 장치의 투명 전극에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명의 전극은 플렉서블이나 벤더블 디스플레이나 조명장치의 전극으로 사용될 수 있다.

Description

도전성 복합 재료 및 그 제조 방법{CONDUCTIVE COMPOSITE MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 도전성 복합 재료와, 이를 이용한 전극 및 그 제조 방법에 관한 것이고, 더 구체적으로는 금속 나노 와이어를 포함하는 도전성 복합 재료를 이용한 전극, 그 제조 방법 및 해당 전극을 이용한 소자에 관한 것이다.
최근 전기, 전자 소자 분야, 특히 디스플레이 분야에서 투명 전극에 관한 수요 및 관심이 높아지고 있다.
최근 디스플레이의 대형화, 경량화와 함께 장치의 플렉서블(flexible)이나 벤더블(bendable)화가 요구되고 있다. 최근에 유기 발광 소자(organic light-emitting device)를 이용한 전자 소자, 디스플레이의 상용화로 이러한 요구가 더 커지고 있다. 이러한 플렉서블이나 벤더블 디스플레이의 제조에는 충분히 유연성이 있는 기판뿐만 아니라, 기판 상에 형성되는 전극 역시 유연성을 가져야 하며 기판의 변형에 의해서도 전극의 도전성이 약화되어서는 안 된다.
디스플레이의 전극으로는 주로 산화 인듐 주석(ITO, Indium Tin Oxide)을 이용한 투명 전극이 사용되고 있으나, ITO 전극의 저항이 높아서 디스플레이의 대형화에 한계가 있고, 플렉서블 기판에 ITO 전극을 형성한 뒤 굽히면 전극에 크랙이 생겨서 단선이 발생하는 등의 내구성이 낮은 문제가 있다. 나아가, 인듐이 희소 금속으로서 공급량이 적어서, ITO 전극의 생산 단가도 높다.
플렉서블 디스플레이용의 투명 전극으로 도전성 폴리머(PEDOT:PSS)를 이용하는 방법도 제안되었으나, 해당 폴리머 자체의 저항이 높고, 가시광선을 흡수하기 때문에 높은 투명성을 갖지 못하기 때문에 디스플레이에 사용하기에 한계가 있다.
또한, 금속 파우더나 금속 나노 와이어를 이용한 전극도 연구되고 있다. 금속 파우더나 금속 나노 와이어를 포함하는 금속 나노 입자 분산액을 기판에 도포하여 전극을 형성할 수 있다. 은 파우더의 경우 대량 합성이 용이하여 전극 배선 등의 프린팅 공정을 비롯한 다양한 산업에 이용하기 쉬운 장점이 있지만, 기계적으로 적층된 개별 은 입자 간의 응집력이 나빠서 기판에 부착되기 어렵고, 이로 인해서 후속 제조 공정에서 박리 등의 문제가 생길 수 있다. 또한, 파우더 내의 금속 입자 사이의 접촉 저항이 매우 크기 때문에 해당 금속이 벌크 상태인 경우에 비해 전기적 특성이 떨어지고, 크기가 수십 나노미터 이하인 미립자로 전극을 형성하기 위해서는 레이저나 고온을 이용한 소성 공정이 추가로 필요한 문제도 있다. 한편, 금속 나노 입자는 대부분 200℃이하의 낮은 온도에서 증발해 버리거나 상변화가 생기기 때문에, 후속 소성 공정에서 충분한 열을 가할 수 없는 문제가 있으며, 따라서 저가지만 내열성이 낮은 수지 기판에는 금속 나노 입자 분산액을 이용한 전극 형성 방법을 적용하기 어려운 문제가 있다.
또한, 저온 소성이 가능한 금속 나노 입자 분산액을 이용한 전극 제조도 제안되었다. 해당 금속 나노 입자 분산액은 금속 나노 입자 간의 소성을 방해하는 바인더를 없애거나 최소화하고, 대신에 금속 나노 입자의 보호분자로서 저분자량이고 비등점이 낮은 유기 화합물을 이용했다. 그러나, 기판에의 밀착 성분이 되는 바인더 성분이 낮아서 이러한 금속 나노 입자 분산액을 기판에 부착시켜도 마찰 등에 의해서 전극이 쉽게 박리되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 금속 나노 구조체 및 금속 페이스트를 포함하는 도전성 복합 재료 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 신규한 도전성 복합 재료를 이용해서 전기적, 기계적 특성이 향상된 전극 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 신규한 도전성 복합 재료를 이용해서 인쇄회로기판(PCB), 플렉서블 회로기판(FPC), 무선인식(RFID) 태그용 안테나, 전자파 차단 등에 사용될 수 있는 도전성 잉크 재료, 플라즈마 디스플레이(PDP), 액정 디스플레이, 유기발광소자, 플렉서블 디스플레이 등에 사용될 수 있는 전극 재료, 전자파 실드제를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 도전성 복합 재료는, 금속 나노 구조체 및 금속 성분을 포함하고, 금속 성분은 금속 입자, 탄소 기반 전도체 및 도전성 고분자를 포함하는 군중에서 선택된다.
본 발명에 따른 전극은, 투과성 재료를 포함하는 기판에 형성된 오목부에 도전성 복합 재료를 충전하여 형성된다.
본 발명에 따른 장치는, 유연성이 있는 기판에 형성된 오목부에 도전성 복합 재료를 충전하여 형성된다.
본 발명에 따른 전극의 제조 방법은, 투과성 재료를 포함하는 기판에 형성된 오목부에 도전성 복합 재료를 충전하는 단계와, 도전성 복합 재료를 압착하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 도전성 복합 재료는, 전기 전도 특성 및 기판과의 접착성이 향상될 수 있고, 포함된 나노 구조체의 형상, 점도, 고형분의 양 등을 조절해서 용도에 맞추어 물성을 다양하게 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 전극은, 전기 전도도가 높고 전극 전체에 걸쳐서 균일하며, 높은 기계적 유연성을 갖는다.
본 발명에 따른 전극을 구비한 기판은, 기판이 굴곡된 경우에도 전극이 단절되지 않고, 안정적인 전류 흐름이 계속될 수 있다.
본 발명에 따른 전극의 제조 방법은, 전극의 미세화가 용이하고, 전극의 높이를 일정하게 유지할 수 있으며, 투광성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라서 패턴을 갖는 투명 전극의 제조 공정을 설명하는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1의 도전성 복합 재료로 형성된 박막을 여러 농도의 NaCl 수용액 내에 침지시켜서 소성 처리시, 처리 시간에 따른 저항값의 변화를 측정한 결과이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 8의 박막 상의 각 위치별로 저항을 측정해서 평균 저항값과 저항의 불균일도를 측정한 결과이다
도 4(a)는 본 발명에 따른 실시예 9의 현미경 사진이고, 도 4(b)는 실시예 9에서 전극의 교차부를 확대한 전자 현미경 사진이며, 도 4(c)는 실시예 9에서 오목부 내에 충전된 도전성 복합 재료를 확대한 전자 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 9 및 10의 광 투과 특성을 측정한 결과이다.
이하에서는 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 도전성 복합 재료를 제조하는 방법에 대해서 설명한다.
본 발명에 따른 도전성 복합 재료는, 도전성 페이스트에 금속 나노 구조체를 일정한 비율로 혼합하여 제조될 수 있다.
<도전성 페이스트>
본 발명의 도전성 페이스트는 도전성 입자와 함께 용제, 바인더, 분산재 전부 또는 이중 일부를 포함할 수 있다. 도전성 입자는 금속 입자, 탄소 기반 전도체 및 도전성 고분자를 포함할 수 있는데, 이에 한정되지 않는다. 본 발명에 따른 도전성 입자의 금속 입자는 Ag, Au, Cu, Ni, Co 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 본 발명에 따른 탄소 기반 전도체는 도전성 카본 블랙, 흑연, 또는 탄소 나노 튜브를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 도전성 고분자는 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene) 또는 이들의 유도체를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 도전성 페이스트는 열경화형, 자외선 경화형, 침투건조형, 용제휘발형 페이스트일 수 있고, 그 종류에 따라서 열가소성 수지, 가교성 수지, 폴리에스테르 수지중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 페이스트는 50질량 % 이상의 은 입자, 10질량%이상의 폴리에스테르 수지가 배합될 수 있고, 열분해형 은염이 10 내지 50 질량% 배합될 수도 있다.
본 발명에 따른 도전성 페이스트의 한 종류인, 실버 페이스트의 비중은 2 내지 5가 바람직하고, 특히 2.5 내지 3이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 실버 페이스트의 점도는 HB 형 점도계를 사용하여 측정 된 점도 800mPa ·s 내지 40만 mPa ·s가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 만 mPa·s 내지 10 만 mPa·s이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 은 페이스트 내의 은 입자의 직경은 100nm에서 10㎛까지의 크기를 가질 수 있고, 바람직하게는 1㎛에서 5㎛일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
<금속 나노 구조체>
본 발명의 금속 나노 구조체는 나노 입자 또는 나노 와이어 구조를 가질 수 있는데, 바람직하게는 금속 나노 구조체는 나노 와이어 구조를 가진다. 또한, 본 발명의 금속 나노 구조체의 재료는 Ag, Au, Cu, Ni, Co 및 Al로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 복수의 재료로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 금속 나노 구조체는 나노 입자 또는 나노 와이어 구조를 가질 수 있는데, 바람직하게는 금속 나노 구조체는 나노 와이어 구조를 가진다. 또한, 본 발명의 금속 나노 구조체의 재료는 Ag, Au, Cu, Ni, Co 및 Al로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 복수의 재료로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 은 나노 와이어는, 다양한 방식으로 제조될 수 있으나, 할로겐 화합물과 분산제를 녹인 용매에서 금속 이온을 환원하여 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 은 나노 와이어를 형성한 후, 탈염 처리를 행해서 와이어의 안정성을 유지할 수 있다. 은 나노 와이어는 일본 특개 2010-86714호, 미국공개특허 2008/0210052호 명세서 등에 기재된 방법을 사용할 수 있다.
구체적으로, 은 나노 와이어의 제조에 사용되는 할로겐 화합물로는 브롬, 염소, 요오드를 함유한 화합물로서, 목적에 따라서 브롬화 나트륨, 염화나트륨, 요오드화 나트륨 등의 알칼리 할라이드가 포함된 것이 사용될 수 있다. 또한, 분산제로는, 바람직하게 고분자로서, 폴리머 인젤라틴, 폴리 비닐 알코올(P-3), 메틸히드록시, 폴리알킬렌 아민 등의 친수성기를 갖는 폴리머가 사용될 수 있다. 분산제로 사용되는 폴리머는 중량 평균 분자량이 3,000 내지 30,000인 것이 사용될 수 있다. 또한, 분산제와 할로겐 화합물의 기능을 겸하는 단일 물질, 예컨대 아미노기와 취화물 이온을 포함하는 HTAB를 사용해도 된다. 은 나노 와이어의 제조에 사용될 수 있는 용매는 친수성 용매로서, 물, 알코올류, 에테르 류, 케톤류 등을 단독이나 혼합해서 사용할 수 있다. 은 이온의 환원을 위한 환원제로는 수소화 붕소 금속염, 수소화 알루미늄 염, 알칸올 아민 등이 사용될 수 있다. 은 나노 와이어의 형성 후 탈염처리는 여과, 투석, 원심분리 등의 방법을 통해서 할 수 있다.
본 발명에 따른 은 나노 와이어의 평균 장축 길이는 0.1 내지 500 ㎛이고, 바람직하게는 1 내지 150 ㎛이고, 더 바람직하게는 10 내지 50㎛일 수 있다. 은 나오 와이어의 평균 단축 길이는 1 내지 300 nm이고, 바람직하게는 5 내지 150nm이나, 이에 한정되지 않는다. 해당 은 나노 와이어는 전압의 집중으로 내구성이 악화되는 것을 방지하기 위해서, 와이어의 단축 길이의 변동 계수는 40%이하가 바람직하고, 30% 이하가 더 바람직하며, 해당 변동 계수는 소정 개수의 나노 와이어의 각 단축 길이의 표준 편차와 평균으로부터 구해진다. 해당 은 나노 와이어의 단면은 원형, 타원형, 다각형일 수 있고, 디스플레이 사용할 수 있도록 높은 투명성을 확보하기 위해서는 원형이나 5각형 이상의 다각형이 바람직하다.
본 발명의 도전성 복합 재료의 제조를 위해서, 도전성 페이스트와 금속 나노 구조체의 분산액을 혼합하면, 도전성 페이스트 내 용매와 금속 나노 구조체의 분산액의 용매 사이의 극성 차이로 인해서 고형분의 침전이나 응집이 발생할 수 있다. 예컨대, 은 페이스트의 용매에 대해서 은 나노 와이어 분산액의 용매의 비율이 소정 값 이상이 되면, 이들 용매의 극성 차이로 인해서 고형분이 대량으로 발생할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해서, 고형분이 발생하지 않는 비율로 도전성 페이스트의 용매와 금속 나노 구조체 분산액을 혼합한다. 도전성 페이스트 내 용매와 금속 나노 구조체를 분산시키는 용매의 비율을 다양하게 변화시키면서, 형성된 혼합물을 전자 현미경을 이용해서 검사하는 방식으로 고형분의 발생이 저감되는 비율을 결정할 수 있다. 또한, 도전성 페이스트와 금속 나노 구조체를 혼합 후에 초음파를 인가해서 고형분이 발생하는 것을 방지할 수도 있다.
본 발명에 따른 도전성 복합 재료의 제조 방법에서는, 도전성 페이스트의 용매와 금속 나노 구조체 분산액의 용매에, 안정제, 분산제, 계면 활성제, 바인더 수지, 환원제, 습윤제, 틱소트로피제(thixotropic agent) 또는 레벨링제(levelling agent)중 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 재료의 추가로 도전성 복합 재료의 안정성이 개선될 수 있고, 점도 등의 물성도 최적의 값으로 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 도전성 복합 재료를 이용해서 기판에 전극을 제조하는 방법에 대해서 설명한다. 해당 전극은 소정의 패턴을 갖는 형태로 제조될 수 있고, 패턴을 갖지 않을 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라서 패턴을 갖는 투명 전극의 제조 공정을 설명하는 모식도이다. 기판(110)의 일부를 제거해서 오목부(120)를 형성하고, 그 위에 본 발명에 따른 도전성 복합 재료(120)를 도포해서, 오목부(120)가 도전성 복합 재료로 충전되도록 한다. 기판(110)은 투광성 재료로 된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다음으로, 블레이드(140)를 기판 표면을 쓸어내어서, 기판의 오목부 밖에 있는 도전성 복합 재료를 제거한다. 이때, 블레이드(140)에 기판에 대해서 소정의 압력을 가해서 오목부 내의 도전성 복합 재료를 압착시켜서, 도전성 복합 재료가 오목부 내에서 균일하게 배치되도록 하고, 기계적, 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 이러한 증착 방식 외에도, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 그라비아 오프셋 인쇄, 잉크젯 인쇄 등의 방식으로 전극의 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 오목부는 기판에 50 ㎛ 내지 500 ㎛의 간격으로 이격되고 또한 주기적으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 100 ㎛ 내지 300 ㎛의 주기로 형성될 수 있다. 또한, 해당 오목부의 폭은 1 내지 10㎛의 폭을 가질 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 7 ㎛의 폭을 가질 수 있다. 오목의 깊이는 1 내지 10㎛을 가질 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 5 ㎛일 수 있다. 또한, 해당 오목부의 단면은 도 1에 도시된 사각형뿐만 아니라, 다각형과 일부분에 곡선을 포함하는 도형일 수도 있다. 본 발명에 따른 오목부의 형상, 배치 간격은 그 사용 목적에 따라서 변형될 수 있다.
본 발명에 따라서, 기판의 오목부에 도전성 복합 재료를 충전한 후에, 소정 온도의 열을 인가하거나, 화학적인 소성 처리를 하거나, 레이저, 적외선, 자외선 등의 광을 인가하는 등의 후처리 공정을 행할 수 있다. 이러한 후 처리 공정은 대기, 불활성 가스 분위기, 또는 진공 상태에서 행해질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 후처리 공정으로서 80℃ 내지 200℃의 온도에서 열처리를 행할 수 있고, 바람직하게는 100℃ 내지 150℃의 온도에서 열처리를 행할 수 있고, 더 바람직하게는 80℃ 내지 120℃에서 열처리를 행한다. 본 발명의 다른 실시예에서는, 저온과 고온으로 2단계로 나누어서 열처리를 행할 수 있다. 예컨대, 80 내지 150℃의 온도에서 30분 동안 제1 열처리를 행한 후에, 150 내지 200℃의 온도에서 30분 동안 제1 열처리를 행한 후에 제2 열처리를 행할 수 있다. 이러한 열처리에 의해서, 균일한 전기적 특성을 얻을 수 있다.
본 발명에서는 대기중이나 용액 내에서 도전성 복합 재료의 박막이나 패턴에 대한 후처리 공정중 하나로서 화학적 소성 처리를 행할 수 있다. 화학적 소성 처리는 전해질 물질을 포함하는 용액에 도전성 복합 재료를 침지시켜서 행해질 수 있다. 본 발명에 따른 전해질 물질은 MgCl2, HCl, LiCl, NaCl, MgSO4, FeSO4로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 고분자 캐핑제를 제거할 수 있는 물질이 사용될 수 있다. 이러한 화학적 소성 처리에 의해서, 도전성 페이스트의 용매와 금속 나노 구조체 분산물에 잔류된 고분자 캐핑제(capping agent)가 제거될 수 있고, 도전성 복합 재료로 된 전극의 저항이 낮아지고, 전극 전체에 저항도 균일해 져서 전기적 특성이 개선된다.
본 발명에 따른 후 처리 공정 이후에는, 전극을 물로 세정하고, 소정 온도에서 건조 처리를 하는 공정을 행할 수 있다. 건조 처리 시의 온도나 습도 등의 조건에 따라서도 전극의 전기적 특성이 변할 수 있으므로, 전극의 용도에 맞추어서 건조 조건을 조정할 수 있다.
본 발명에 따라서 기판의 오목부에 도전성 복합 재료를 충전해서 전극을 형성한 뒤, 그 위에 다시 그래핀 또는 ITO 층을 추가로 형성할 수도 있다.
본 발명에 따라서 제조된 전극은 투광율이 75%이상일 수 있고, 공정의 최적화에 의해서 90%이상도 될 수 있다. 또한, 전극의 시트 저항은 10Ω/□이하일 수 있으며, 바람직하게는 5Ω/□이하이고, 더욱 바람직하게는 소성과 같은 후 처리 공정에 의해서 3Ω/□이하로도 개선될 수 있다. 이와 같이, 높은 투광률과 낮은 시트 저항을 갖는 전극을 채용한 디스플레이는 장치에서 화소가 차지하는 비율(개구율)이 크고, 전극 배선에 의한 균일한 전기 신호가 안정적으로 전달될 수 있다. 따라서, 이러한 전극을 이용해서, 예컨대 각 모서리의 길이가 10cm이상인 유기 발광층에 전류를 인가해서 발광시킨 경우에는, 각 영역을 균일하게 발광시키는 것이 가능하다.
본 발명의 전극을 기판에 형성하여 제조된 장치는 장치 자체를 굽히거나 말아서 전극의 형상이 변해도, 전극의 유연성이 있어서 전극이 단선되지 않고 전기 도통 상태도 변하지 않는다. 따라서, 플렉서블이나 벤더블 기판에 해당 전극을 이용해서, 플렉서블 및 벤더블 형의 유기 발광 디스플레이나 유기 발광 조명 장치 등을 실현할 수 있다.
하기에서 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 그러나, 아래의 실시예 및 비교예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 여기에 한정되지 않음을 밝혀둔다.
　
　<실시예 1-4>
본 발명의 실시에 1 내지 4는 금속 나노 구조체와 금속 페이스트의 혼합 비율을 변화시켜서 제조된 도전성 복합 재료를 이용해서 제조된 전극이다. 본 실시예들의 제조에 사용된 금속 나노 구조체의 분산액은 N&B사의 은 나노 와이어 분산액을 사용했다. 해당 분산액의 용매는 이소프로필 알코올이고, 은 나노 와이어의 길이는 20 um이고, 굵기는 40nm이다. 본 발명의 실시예들의 제조에 사용된 은 페이스트는 ㈜창성의 ICP1427로서, 포함된 은 입자는 1 um, 3um 크기를 갖고, 점도는 약 16,200 cps이다. 이들 은 페이스트와 은 나노 와이어 분산액을 소정 비율로 혼합한 후에, 초음파 처리를 해서 고형분이 생기지 않고 나노 와이어가 균등하게 분산되도록 하였다.
각 실시예의 도전성 복합 재료 내의 은 입자에 대한 나노 와이어의 중량 비율, 도전성 복합 재료를 이용해 제조된 전극의 면적, 해당 전극 내에 여러 포인트에서 측정된 저항의 최소값, 최대값, 평균값, 이들 값의 불균일도는 다음 표 1과 같다. 실시예에서 한 변이 3 cm 인 시료는 100개소에서 저항을 측정했고, 한 변이 2 cm 인 시료는 49개소에서 저항을 측정했다.
은 입자에 대한 은 나노 와이어의 중량비율 전극의 면적 최소 저항(Ω/ □) 최대 저항(Ω/ □) 평균 저항(Ω/ □) 저항의 불균일도(%)
실시예 1 0.25% 3cm×3cm 10.73 62.75 21.52 37.11
실시예 2 0.25% 2cm×2cm 3.96 19.95 7.69 39.47
실시예 3 0.125% 3cm×3cm 6.06 30.99 8.37 37.92
실시예 4 0.125% 2cm×2cm 10.96 48.99 22.35 42.64
　<실시예 5-8>
실시예 5 내지 8은 실시예 1의 도전성 복합 재료로 형성된 전극에 NaCl 수용액을 사용하여 화학적 소성을 실시한 것이다. 다음 표와 같이, 0.1M 내지 5M 농도의 NaCl로 처리했고, 처리 전의 저항값에 대해서 처리 30분 후의 저항값의 감소 비율을 측정했다.
소성 처리에 사용된 NaCl의 농도(M) 소성처리 30분 후의 저항 감소 비율(%)
실시예 5 0.1 3.05
실시예 6 1.0 9.24
실시예 7 3.0 20.37
실시예 8 5.0 26.80
<실시예 9-10>
실시예 9는 실시예 1의 도전성 복합 재료를 폭이 5um이고 깊이가 3um인 오목부가 형성된 PET 기판에 충전하여 제조된 패턴형 전극이다.
실시예 10은 실시예 9의 패턴형 전극 상에 20nm두께의 ITO막을 전체에 걸쳐 형성한 전극이다.
<비교예 1-2>
비교예 1, 2는 은 나노 와이어가 혼입되지 않은 페이스트인 ㈜창성의 ICP1427만으로 만들어진 박막형 전극이다.
은 입자에 대한 은 나노 와이어의 중량비율 전극의 면적 최소 저항(Ω/ □) 최대 저항(Ω / □) 평균 저항(Ω/ □) 저항의 불균일도(%)
비교예 1 0% 3cm×3cm 4.85 206.43 10.37 249.38
비교예 2 0% 2cm×2cm 9.59 1516 127.54 258.08
<실시예 1-4와 비교예 1-2의 특성 대비>
비교예 1 내지 2의 전극 전체 영역에 걸친 저항의 불균일도는 약 250%인데 반해서, 실시예 1 내지 4의 불균일도가 37%에서 42%로, 비교예에 비해서 1/8로 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 비교예들에 비해서, 실시예 1-4는 대면적의 전극에서도 전체에 걸쳐서 균일한 저항을 확보할 수 있다.
<실시예 5-8의 특성>
도 2는 실시예 1의 도전성 복합 재료로 형성된 박막을 여러 농도의 NaCl 수용액 내에 침지시켜서 소성 처리를 한 경우, 소성 처리 시간에 따른 저항값의 변화를 측정한 결과이다. NaCl 수용액의 농도가 커질수록 저항값의 감소가 컸으며, 5.0M의 NaCl 농도로 30분 소성 처리를 하는 실시예 8의 박막의 경우 저항을 26.8%만큼 감소시킬 수 있다.
도 3은 실시예 8의 박막의 각 위치별로 저항을 측정해서 평균 저항값과 불균일도를 측정한 결과이다. 저항의 불균일도는 17.2%로 측정되었고, 이는 화학적 소성 처리를 하지 않은 실시예 1에 비해서, 저항의 불균일도가 약46% 감소한다.
<실시예 9 및 10의 특성>
도 4(a)는 실시예 9의 현미경 사진이고, 도 4(b)는 전극의 오목부의 교차하는 영역을 확대한 전자 현미경 사진이며, 도 4(c)는 오목부 내의 도전성 복합 재료를 보다 확대한 전자 현미경 사진이다. 이들 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 오목부 내를 도전성 복합 재료가 조밀하게 충전되어 있으므로, 오목부 내 도전성 복합 재료로 형성된 전극의 형상이 균일하고, 따라서 전극의 저항도 기판 전체에 걸쳐서 일정하게 유지할 수 있다.
도 5는 실시예 9 및 10의 광 투과 특성을 측정한 것으로서, 실시예 9 및 10은 가시광선 전 영역에서 투과율이 80% 이상이고, 특히 실시예 9는 투과율이 90%이상임이 확인된다.
110: 기판
120: 오목부
130: 도전성 복합 재료
140: 블레이드

Claims (22)

  1. 금속 나노 구조체 및 금속 성분을 포함하고,
    상기 금속 성분은 금속 입자, 탄소 기반 전도체 및 도전성 고분자를 포함하는 군중에서 선택되는 것인 도전성 복합 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노 구조체 및 상기 금속 입자는 각각 독립적으로 금, 은, 구리, 니켈, 코발트 및 알루미늄을 포함하는 군중에서 선택된 적어도 하나 이상의 재료로 형성될 수 있는 도전성 복합 재료.
  3. 제1항에서
    상기 금속 나노 구조체는 나노 와이어 구조를 갖는 도전성 복합 재료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 나노 구조체의 길이는 10㎛ 내지 50㎛인 도전성 복합 재료.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 입자는 100nm에서 10㎛인 도전성 복합 재료.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 도전성 복합 재료에 대한 상기 나노 와이어 구조를 갖는 금속 나노 구조체의 양은 0.1 내지 0.5 중량 % 인 도전성 복합 재료.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 기반 전도체는 도전성 카본 블랙, 흑연 및 탄소 나노 튜브로 이루어진 군중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 도전성 복합 재료.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 고분자는 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene) 및 이들의 유도체로 이루어진 군중 적어도 하나를 포함하는 도전성 복합 재료.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속 성분은 바인더, 용제와 함께 금속 페이스트에 포함된 것인, 도전성 복합 재료.
  10. 기판에 형성된 오목부에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 도전성 복합 재료를 충전하여 형성된 전극.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 오목부는 깊이가 1 내지 10μm이고 폭이 1 내지 10μm인 전극.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기판은 투광성을 갖는 전극.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전극의 투광성은 90%이상이고, 시트 저항은 5Ω/□ 이하인 전극.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 기판은 유연성을 갖는 전극.
  15. 제14항의 전극 및 유기 발광층을 포함하는 유기 발광 소자.
  16. 제15항의 발광 소자를 포함하는 조명 기구.
  17. 기판에 형성된 오목부에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 도전성 복합 재료를 충전하는 단계; 및
    상기 도전성 복합 재료를 압착하는 단계를 포함하는 전극의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 압착하는 단계 이후에, 상기 도전성 복합 재료에 전해질 수용액을 인가하는 화학적 소성 단계를 더 포함하는 전극의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전해질 수용액에 포함된 전해 물질이 MgCl2, HCl, LiCl, NaCl, MgSO4 및 FeSO4로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 전극의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전해질 수용액은 0.1M 내지 5.0M 농도인 전극의 제조 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 압착하는 단계 이후에 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에 열처리를 행하는 단계를 더 포함하는 전극의 제조 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 기판을 세정하는 단계 또는 상기 기판을 건조시키는 단계를 더 포함하는 전극의 제조 방법.
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